DE102011081627A1 - Porous medium with increased hydrophobicity and method for producing the same - Google Patents
Porous medium with increased hydrophobicity and method for producing the same Download PDFInfo
- Publication number
- DE102011081627A1 DE102011081627A1 DE102011081627A DE102011081627A DE102011081627A1 DE 102011081627 A1 DE102011081627 A1 DE 102011081627A1 DE 102011081627 A DE102011081627 A DE 102011081627A DE 102011081627 A DE102011081627 A DE 102011081627A DE 102011081627 A1 DE102011081627 A1 DE 102011081627A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- porous medium
- nano
- hydrophobic
- plasma
- macroporous substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0234—Carbonaceous material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0239—Organic resins; Organic polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0241—Composites
- H01M8/0243—Composites in the form of mixtures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/023—Porous and characterised by the material
- H01M8/0241—Composites
- H01M8/0245—Composites in the form of layered or coated products
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
- H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B32—LAYERED PRODUCTS
- B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
- B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
- B32B2307/70—Other properties
- B32B2307/73—Hydrophobic
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/70—Nanostructure
- Y10S977/778—Nanostructure within specified host or matrix material, e.g. nanocomposite films
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/84—Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
- Y10S977/89—Deposition of materials, e.g. coating, cvd, or ald
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
- Y10T428/24355—Continuous and nonuniform or irregular surface on layer or component [e.g., roofing, etc.]
- Y10T428/24372—Particulate matter
Abstract
Die vorliegende Erfindung stellt ein poröses Medium mit erhöhter Hydrophobizität und ein Verfahren zum Herstellen desselben bereit, wobei durch Bilden von Nano-Vorsprüngen mit einem großen Aspektverhältnis durch Durchführen eines Plasmaätzens auf der Oberfläche eines porösen Mediums mit einer Oberflächenrauigkeit im Mikrometerbereich eine Mikro-Nano-Doppelstruktur bereitgestellt wird und eine hydrophobe dünne Schicht auf der Oberfläche der Mikro-Nano-Doppelstruktur abgeschieden wird, so dass die Hydrophobizität wesentlich erhöht wird. Wenn dieses stark hydrophobe poröse Medium als Gasdiffusionsschicht in einer Brennstoffzelle verwendet wird, ist es möglich, das während der elektrochemischen Reaktion der Brennstoffzelle erzeugte Wasser effizient zu entfernen, so dass ein Fluten der Brennstoffzelle verhindert werden kann. Daneben ist es möglich, die Reaktionsgase, wie beispielsweise Wasserstoff und Luft (Sauerstoff) in ausreichendem Maße einer Membran-Elektroden-Einheit (MEA) zuzuführen, so dass das Leistungsvermögen der Brennstoffzelle verbessert wird.The present invention provides a porous medium with increased hydrophobicity and a method of manufacturing the same, wherein by forming nano-projections having a large aspect ratio by performing plasma etching on the surface of a porous medium having a surface roughness in the micrometer range, a micro-nano double structure is provided and a hydrophobic thin layer is deposited on the surface of the micro-nano double structure, so that the hydrophobicity is significantly increased. When this highly hydrophobic porous medium is used as a gas diffusion layer in a fuel cell, it is possible to efficiently remove the water generated during the electrochemical reaction of the fuel cell, so that the fuel cell can be prevented from flooding. In addition, it is possible to supply the reaction gases such as hydrogen and air (oxygen) to a sufficient amount of a membrane electrode assembly (MEA) so that the performance of the fuel cell is improved.
Description
Hintergrundbackground
(a) Technisches Gebiet(a) Technical area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydrophobes poröses Medium und ein Verfahren zum Herstellen desselben. Genauer gesagt betrifft sie ein stark hydrophobes poröses Medium und ein Verfahren zum Herstellen desselben.The present invention relates to a hydrophobic porous medium and a method for producing the same. More specifically, it relates to a highly hydrophobic porous medium and a method for producing the same.
(b) Stand der Technik(b) Prior art
Eine elektrochemische Reaktion in einer Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (PEMFC) zur Erzeugung von Elektrizität läuft wie folgt ab. Wasserstoff, der einer Anode („Oxidationselektrode”) in einer Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) der Brennstoffzelle zugeführt wird, wird in Wasserstoffionen (Protonen, H+) und Elektronen (e–) zersetzt. Die Wasserstoffionen werden durch eine Polymerelektrolytmembran zu einer Kathode („Reduktionselektrode”) geführt, und die Elektronen werden über einen äußeren Stromkreis zu der Kathode geführt, so dass durch den Fluss der Elektronen Elektrizität erzeugt wird.An electrochemical reaction in a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) to generate electricity proceeds as follows. Hydrogen supplied to an anode ("oxidation electrode") in a membrane electrode assembly (MEA) of the fuel cell is decomposed into hydrogen ions (protons, H + ) and electrons (e - ). The hydrogen ions are passed through a polymer electrolyte membrane to a cathode ("reduction electrode"), and the electrons are passed through an external circuit to the cathode, so that electricity is generated by the flow of the electrons.
Des Weiteren reagieren an der Kathode die Sauerstoffmoleküle, die Protonen und die Elektronen miteinander, wobei sie Elektrizität und Wärme und gleichzeitig als Reaktionsnebenprodukt Wasser erzeugen.Further, at the cathode, the oxygen molecules, the protons and the electrons react with each other, generating electricity and heat and, at the same time, water as a reaction by-product.
Der Bereich, der die elektrochemische Leistung der Brennstoffzelle definiert, wird allgemein in drei Abschnitte unterteilt: (i) einen Abschnitt mit „Aktivierungsverlust” infolge des Verlusts der elektrochemischen Reaktionskinetik; (ii) einen Abschnitt mit „ohmsche Verlust” infolge des Kontaktwiderstands an den Grenzflächen zwischen den entsprechenden Bauteilen und einem Verlust der Ionenleitung in der Polymerelektrolytmembran; und (iii) einen Abschnitt mit „Massentransportverlust” oder „Konzentrationsverlust” infolge der Einschränkungen des Massentransports der Reaktionsgase [
Wenn eine ausreichende Menge an während der elektrochemischen Reaktion erzeugtem Wasser vorhanden ist, dient dies vorzugsweise dazu, die Feuchte in der Polymerelektrolytmembran aufrecht zu erhalten. Wenn jedoch eine Überschussmenge an erzeugtem Wasser nicht in geeigneter Weise entfernt wird, tritt bei einer hohen Stromdichte ein „Fluten” (flooding) auf, wodurch verhindert wird, dass die Reaktionsgase wirksam zu der Brennstoffzelle geleitet werden und der Spannungsverlust zunimmt [
Ein typischer poröses Medium, welches die Brennstoffzelle bildet, besteht aus einer Gasdiffusionsschicht (GDL), die eine Struktur aufweist, in der eine mikroporöse Schicht (MPL) und ein makroporöses Substrat oder eine makroporöse Unterschicht miteinander kombiniert sind.A typical porous medium constituting the fuel cell is a gas diffusion layer (GDL) having a structure in which a microporous layer (MPL) and a macroporous substrate or a macroporous sublayer are combined with each other.
Kommerziell erhältliche Gasdiffusionsschichten weisen eine Doppelschichtstruktur auf, die eine mikroporöse Schicht mit einer Porengröße von weniger als 1 Mikrometer, gemessen anhand der Eindringtiefe von Quecksilber, und ein makroporöses Substrat oder eine makroporöse Unterschicht mit einer Porengröße von 1 bis 300 Mikrometern aufweist [
Die Gasdiffusionsschicht wird an der Außenseite von Katalysatorschichten für die Anode und die Kathode angebracht, die auf die beiden Flächen der Polymerelektrolytmembran in der Brennstoffzelle aufgetragen sind. Die Gasdiffusionsschicht bewirkt eine Zufuhr der Reaktionsgase, wie beispielsweise Wasserstoff und Luft, ein Übertragen der durch die elektrochemische Reaktion erzeugten Elektronen und einen Austrag des durch die Reaktion erzeugten Wassers zur Minimierung der Flutungsgefahr der Brennstoffzelle [
Insbesondere um den Massentransport zu erhöhen und das hohe Leistungsvermögen der Zelle durch effizientes Entfernen des während der elektrochemischen Reaktion der Brennstoffzelle erzeugten Wassers aufrecht zu erhalten, ist es sehr wichtig, der mikroporösen Schicht und dem makroporösen Substrat Hydrophobizität zu verleihen, indem in geeigneter Weise ein hydrophobes Mittel, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE), in diese eingebracht wird [
Herkömmlicherweise wurde jedoch ein nasschemisches Verfahren zum Verleihen von Hydrophobizität verwendet, und daher ist der Herstellungsprozess selbst kompliziert und es ist schwierig, das hydrophobe Mittel, wie beispielsweise PTFE, gleichmäßig auf der Gasdiffusionsschicht zu verteilen.Conventionally, however, a wet chemical method of imparting hydrophobicity has been used, and therefore the manufacturing process itself is complicated and it is difficult to evenly distribute the hydrophobic agent such as PTFE on the gas diffusion layer.
Gemäß dem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen der Gasdiffusionsschicht ist es zudem schwierig, einem porösen Medium, das bereits einer Imprägnierungsbehandlung unterzogen wurde, eine hohe Hydrophobizität oder eine Superhydrophobizität zu verleihen, die einem Kontaktwinkel (statischen konstanten Winkel) von 150° oder mehr entspricht.Moreover, according to the conventional method for producing the gas diffusion layer, it is difficult to impart high hydrophobicity or superhydrophobicity to a porous medium which has already been subjected to impregnation treatment, which corresponds to a contact angle (static constant angle) of 150 ° or more.
In herkömmlichen Untersuchungen wurden verschiedene Versuche unternommen, der Oberfläche des porösen Mediums Hydrophilie verleihen, indem verschiedene Plasmaverfahren, wie beispielsweise unter Einsatz von Sauerstoff, Stickstoff, Ammoniak, Silan (siH4), Organometallen, usw. verwendet wurden [D. R. Mekala, D. W. Stegink, M. M. David, J. W. Frisk,
Daneben wurden Versuche unternommen, während der Herstellung der Elektroden der MEA Oberflächenbehandlungstechniken unter Verwenden von Plasma einzusetzen [G. H. Nam, S. I. Han,
Die in diesem Abschnitt „Hintergrund” angegebenen Informationen dienen lediglich dazu, den Hintergrund der Erfindung verständlicher zu machen, und es können daher Informationen enthalten sein, die keinen Stand der Technik bilden, wie er einem Durchschnittsfachmann in diesem Land bereits bekannt ist.The information provided in this Background section is merely to help understand the background of the invention, and thus may include information that is not prior art, as is already known to one of ordinary skill in the art in this country.
Zusammenfassung der OffenbarungSummary of the Revelation
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Erhöhen der Hydrophobizität auf der Oberfläche eines porösen Mediums, welches effektiv in einer Brennstoffzelle eingesetzt werden kann, bereit.The present invention provides a method for increasing the hydrophobicity on the surface of a porous medium which can be effectively used in a fuel cell.
In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein poröses Medium mit einer erhöhten Hydrophobizität bereit. Dieses poröse Medium weist eine Mikro-Nano-Doppelstruktur, in welcher auf der Oberfläche des porösen Mediums mit einer Oberflächenrauigkeit im Mikrometerbereich nanometergroße Vorsprünge (”protrusions”) oder kollabierte Poren gebildet sind, und eine hydrophobe dünne Schicht, die auf der Oberfläche der Mikro-Nano-Doppelstruktur abgeschieden ist, auf.In one aspect, the present invention provides a porous medium having increased hydrophobicity. This porous medium has a micro-nano-double structure in which nanometer-sized protrusions or collapsed pores are formed on the surface of the porous medium having a surface roughness in the micrometer range, and a hydrophobic thin layer formed on the surface of the micropores. Nano-double structure is deposited on.
In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines porösen Mediums mit einer erhöhten Hydrophobizität bereit. Dieses Verfahren beinhaltet das Bereitstellen eines porösen Mediums mit einer Oberflächenrauigkeit im Mikrometerbereich; das Bilden einer Mikro-Nano-Doppelstruktur auf der Oberfläche des porösen Mediums durch Erzeugen von nanometergroßen Vorsprüngen oder kollabierten Poren mittels Plasmaätzen; und das Abscheiden einer hydrophoben dünnen Schicht auf der Oberfläche der Mikro-Nano-Doppelstruktur.In a further aspect, the present invention provides a method of making a porous medium having increased hydrophobicity. This method involves providing a porous medium having a surface roughness in the micrometer range; forming a micro-nano-double structure on the surface of the porous medium by generating nanometer-sized protrusions or collapsed pores by plasma etching; and depositing a hydrophobic thin layer on the surface of the micro-nano-double structure.
Im Folgenden werden weitere Aspekte und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung erläutert.In the following, further aspects and preferred embodiments of the invention are explained.
Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures
Die vorstehend angegebenen und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden ausführlich unter Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Ausführungsformen derselben, welche in den beigefügten Figuren veranschaulicht sind, beschrieben, wobei die nachfolgend angegebenen Figuren lediglich der Veranschaulichung dienen und die vorliegende Erfindung in keiner Weise einschränken sollen. In den Figuren gilt:The foregoing and other features of the present invention will now be described in detail with reference to certain exemplary embodiments thereof, which are illustrated in the accompanying drawings, which are given by way of illustration only and are not intended to limit the invention in any way. In the figures:
Es soll verstanden werden, dass die beigefügten Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, sondern eine etwas vereinfachte Abbildung verschiedener bevorzugter Merkmale darstellen, welche die Grundprinzipien der Erfindung veranschaulichen. Konkrete Merkmale der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich zum Beispiel bestimmter Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen, werden zum Teil durch die Bedingungen der jeweils angestrebten Anwendung und Verwendung bestimmt.It should be understood that the appended drawings are not necessarily to scale, presenting a somewhat simplified illustration of various preferred features illustrative of the basic principles of the invention. Concrete features of the embodiment of the present invention as disclosed herein, including, for example, particular dimensions, orientations, locations, and shapes, will be determined in part by the particulars of intended use and use.
In den Figuren bezeichnen die Bezugszeichen in allen Figuren der Zeichnung gleiche oder äquivalente Teile der vorliegenden Erfindung.In the figures, the reference numerals in all figures of the drawing indicate the same or equivalent parts of the present invention.
Ausführliche BeschreibungDetailed description
Nachfolgend wird nun ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, die beispielhaft in den beigefügten Figuren veranschaulicht und im Folgenden beschrieben ist. Obwohl die Erfindung zusammen mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben ist, soll verstanden werden, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung keinesfalls auf diese beispielhaften Ausführungsformen einschränken soll. Vielmehr soll die Erfindung nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und weitere Ausführungsformen abdecken, die im eigentlichen Sinn und Umfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, enthalten sind.Reference will now be made in detail to various embodiments of the present invention, which is illustrated by way of example in the accompanying drawings and described below. While the invention is described in conjunction with exemplary embodiments, it is to be understood that the present description is not intended to limit the invention to these exemplary embodiments. Rather, the invention is intended to cover not only the exemplary embodiments, but also various alternatives, modifications, equivalents, and other embodiments included within the true spirit and scope of the invention as defined in the appended claims.
Es soll verstanden werden, dass der Begriff „Fahrzeug” oder „Fahrzeug-„ oder jeder andere ähnliche Begriff, wie er hierin verwendet wird, Kraftfahrzeuge allgemein einschließt, beispielsweise Personenkraftwagen, einschließlich Geländewagen (sports utility vehicle, SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielzahl an Booten und Schiffen, Flugzeuge und dergleichen, sowie Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in Hybrid-Elektrofahrzeuge, mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge und Fahrzeuge, die mit anderen alternativen Brennstoffen betrieben werden (z. B. Brennstoffen, die aus anderen Quellen als Erdöl stammen) umfasst. Wie hierin verwendet, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das auf zwei oder mehr Arten betrieben werden kann, zum Beispiel ein Fahrzeug, das sowohl mit Benzin als auch mit Strom betrieben werden kann.It should be understood that the term "vehicle" or "vehicle" or any other similar term as used herein includes motor vehicles generally, such as passenger cars, including SUVs, buses, trucks, various Commercial vehicles, watercraft, including a variety of boats and ships, aircraft and the like, as well as hybrid vehicles, electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, hydrogen-fueled vehicles, and vehicles operated with other alternative fuels (e.g., fuels that come from sources other than petroleum). As used herein, a hybrid vehicle is a vehicle that can be operated in two or more ways, for example, a vehicle that can run on both gasoline and electricity.
Die vorstehend angegebenen und weitere Merkmale der Erfindung werden nachfolgend erörtert.The foregoing and other features of the invention are discussed below.
Die vorliegende Erfindung stellt ein poröses Medium (PM), das in einer Brennstoffzelle verwendet wird, und ein Verfahren zum Herstellen derselben bereit, wobei das poröse Medium eine Oberfläche mit einer erhöhten Hydrophobizität aufweist.The present invention provides a porous medium (PM) used in a fuel cell and a method for producing the same, the porous medium having a surface having an increased hydrophobicity.
Insbesondere weist das stark hydrophobe poröse Medium vorliegenden Erfindung eine Oberfläche mit einer Mikro-Nano-Doppelstruktur auf, bei der auf der Oberfläche des porösen Mediums mit einer Oberflächenrauigkeit im Mikrometerbereich (ein makroporöses Substrat, welches später beschrieben wird, weist eine Oberflächenrauigkeit im Mikrometerbereich auf) nanometergroße Vorsprünge oder Nano-Vorsprünge (”nanoprotrusions”) oder kollabierte Nanoporen erzeugt wurden und gleichzeitig eine hydrophobe dünne Schicht auf der Oberfläche der Mikro-Nano-Doppelstruktur abgeschieden wurde, wodurch die Hydrophobizität infolge der Mikro-Nano-Doppelstruktur und der hydrophoben dünnen Schicht erhöht wird.In particular, the highly hydrophobic porous medium of the present invention has a surface having a micro-nano-double structure in which a surface roughness on the surface of the porous medium having a surface roughness in the micrometer range (a macroporous substrate which will be described later has a surface roughness in the micrometer range) nanometer-sized protrusions or nano-protrusions ("nanoprotrusions") or collapsed nanopores have been generated while forming a hydrophobic thin layer the surface of the micro-nano-double structure was deposited, whereby the hydrophobicity due to the micro-nano-double structure and the hydrophobic thin layer is increased.
Im Folgenden stellt die Mikro-Nano-Doppelstruktur eine Verbundstruktur dar, die Mikrostrukturen und Nanostrukturen aufweist, in denen mit Hilfe einer Plasmaätzbehandlung künstlich nanometergroße Vorsprünge oder kollabierte Nanoporen auf der Oberfläche des porösen Mediums mit einer intrinsischen Rauigkeit im Mikrometerbereich erzeugt wurden.In the following, the micro-nano-double structure represents a composite structure having microstructures and nanostructures in which artificially nanometer-sized protrusions or collapsed nanopores were formed on the surface of the porous medium having an intrinsic roughness in the micrometer range by means of a plasma etching treatment.
Da das makroporöse Substrat eine Oberflächenrauigkeit im Mikrometerbereich aufweist, bilden die mikrometergroßen Vorsprünge oder kollabierten Poren auf der Oberfläche desselben zusammen mit den künstlich erzeugten Nano-Vorsprüngen oder Nanoporen die Mikro-Nano-Doppelstruktur.Since the macroporous substrate has a surface roughness in the micrometer range, the micrometer-sized protrusions or collapsed pores on the surface thereof together with the artificially generated nanoprints or nanopores form the micro-nano-double structure.
Daneben weisen auch die Kohlenstoffteilchen der mikroporösen Schicht eine feine Oberflächenrauigkeit auf, so dass, wenn Nano-Vorsprünge oder Nanoporen auf der mikroporösen Schicht mittels einer Plasmaätzbehandlung erzeugt werden, die durch die Plasmaätzbehandlung erzeugten Nanostrukturen zusammen mit den Kohlenstoffteilchen eine Doppelstruktur auf der mikroporösen Schicht bilden.Besides, the carbon particles of the microporous layer also have a fine surface roughness, so that when nano-protrusions or nanopores are formed on the microporous layer by means of a plasma etching treatment, the nanostructures produced by the plasma etching treatment form a double structure on the microporous layer together with the carbon particles.
Die Oberflächenrauigkeit ist durch die auf der Oberfläche des Materials gebildeten Nano-Vorsprünge oder kollabierten Nanoporen für das poröse Medium vorgegeben (entsprechend den Kohlenstoffteilchen der mikroporösen Schicht oder den Kohlenstofffasern des makroporösen Substrats).The surface roughness is predetermined by the nano-protrusions or collapsed nanopores formed on the surface of the material for the porous medium (corresponding to the carbon particles of the microporous layer or the carbon fibers of the macroporous substrate).
Als Folge davon weist das stark hydrophobe poröse Medium mit der Mikro-Nano-Doppelstruktur der vorliegenden Erfindung die Merkmale auf, dass die Benetzbarkeit auf beiden (Außen-)Oberflächen wesentlich geringer ist als diejenige herkömmlicher poröser Medien, und dass der Kontaktwinkel (d. h. der statische Kontaktwinkel) eines Fluids, wie beispielsweise von reinem Wasser, auf der Oberfläche des porösen Mediums 150° oder mehr beträgt, was nachstehend ausführlich beschrieben ist.As a result, the highly hydrophobic porous medium having the micro-nano-double structure of the present invention has the characteristics that the wettability on both (outer) surfaces is substantially lower than that of conventional porous media, and that the contact angle (ie, the static Contact angle) of a fluid such as pure water on the surface of the porous medium is 150 ° or more, which will be described in detail below.
Um die Einschränkungen beim Erreichen einer hohen Hydrophobizität bei einem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen des porösen Mediums zu überwinden, wird der Oberfläche des porösen Mediums, wie beispielsweise der Gasdiffusionsschicht (d. h. der Oberfläche der mikroporösen Schicht und der Oberfläche des makroporösen Substrats) hohe Hydrophobizität sowohl durch strukturelle als auch durch chemische Modifikationen während des Herstellungsprozesses der vorliegenden Erfindung verliehen, wobei ein Verfahren zum Optimieren der Nanostrukturen mit einem großen Aspektverhältnis auf der Oberfläche des porösen Mediums, ein Verfahren zum strukturellen Modifizieren der Oberfläche mit einer Mikro-Nano-Doppelrauigkeitsstruktur und ein Verfahren einer chemischen Modifikation zum Bilden einer chemisch-hydrophoben Oberfläche durch Abscheiden einer hydrophoben dünnen Schicht in Kombination durchgeführt werden.In order to overcome the limitations of achieving high hydrophobicity in a conventional method of producing the porous medium, the surface of the porous medium such as the gas diffusion layer (ie, the surface of the microporous layer and the surface of the macroporous substrate) becomes high in both hydrophobicity and structural properties as well as by chemical modifications during the manufacturing process of the present invention, wherein a method of optimizing the nanostructures with a high aspect ratio on the surface of the porous medium, a method of structurally modifying the surface with a micro-nano-double roughness structure and a method of chemical Modification for forming a chemical-hydrophobic surface by depositing a hydrophobic thin layer in combination can be performed.
In Versuchen wurde festgestellt, dass, wenn das poröse Medium mit trockenem Plasma behandelt wird (d. h. eine Plasmaätzbehandlung durchgeführt wird), (durch die Plasmaätzbehandlung) Nano-Vorsprünge oder Nanoporen gebildet und mit der Oberfläche des porösen Mediums mit einer Oberflächenrauigkeit im Mikrometerbereich unter Bilden einer Mikro-Nano-Doppelstruktur kombiniert werden, und, wenn eine hydrophobe dünne Schicht aus Kohlenstoff auf der Oberfläche der Mikro-Nano-Doppelstruktur, beispielsweise mittels Plasmaabscheidung, gebildet wird, die Hydrophobizität des porösen Mediums wesentlich erhöht werden kann. Das auf diese Weise gebildete poröse Medium mit erhöhter Hydrophobizität kann effektiv als Gasdiffusionsschicht einer Brennstoffzelle verwendet werden und in effizienter Weise zum Entfernen des während der elektrochemischen Reaktion der Brennstoffzelle erzeugten Wassers eingesetzt werden.In experiments, it was found that when the porous medium is treated with dry plasma (ie, plasma etching treatment is performed), nano-protrusions or nanopores are formed (by the plasma etching treatment) and the surface of the porous medium having a surface roughness in the micrometer range is formed Micro-nano-double structure can be combined, and if a hydrophobic thin layer of carbon on the surface of the micro-nano-double structure, for example by means of plasma deposition, is formed, the hydrophobicity of the porous medium can be substantially increased. The thus-formed porous medium having enhanced hydrophobicity can be effectively used as a gas diffusion layer of a fuel cell and used efficiently for removing the water generated during the electrochemical reaction of the fuel cell.
Während des Verfahrens zum Modifizieren der Oberfläche des porösen Mediums mittels Plasmabehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Nanostrukturen durch Ätzen der Oberfläche des porösen Mediums unter Verwenden von beispielsweise Argon-(Ar-) oder Sauerstoffplasma gebildet, um eine Struktur bereitzustellen, die die Kontaktfläche mit einem Fluid, wie beispielsweise Wasser, minimieren kann, und die hydrophobe dünne Schicht (z. B. eine hydrophobe dünne Schicht aus Kohlenstoff) wird auf der Oberfläche der resultierenden Struktur abgeschieden. In diesem Fall ist es möglich, eine hohe Hydrophobizität oder eine Superhydrophobizität zu verleihen, die einem Kontaktwinkel von 150° oder mehr, bezogen auf ein Fluid, wie beispielsweise reinem Wasser, entspricht. Das heißt, dass bei der Behandlung mit trockenem Plasma strukturelle und chemische Modifikationen auf der Oberfläche des porösen Mediums möglich sind, und dass es daher möglich ist, in einfacher Weise eine hohe Hydrophobizität zu verleihen, die für eine Brennstoffzelle geeignet ist.During the method of modifying the surface of the porous medium by plasma treatment according to the present invention, the nanostructures are formed by etching the surface of the porous medium using, for example, argon (Ar) or oxygen plasma, to provide a structure having the contact surface with one Fluid, such as water, and the hydrophobic thin layer (eg, a hydrophobic thin layer of carbon) is deposited on the surface of the resulting structure. In this case, it is possible to impart high hydrophobicity or superhydrophobicity corresponding to a contact angle of 150 ° or more with respect to a fluid such as pure water. That is, in the treatment with dry plasma, structural and chemical modifications on the surface of the porous medium are possible, and therefore it is possible to easily impart high hydrophobicity suitable for a fuel cell.
Ein besseres Verständnis einer erhöhten Hydrophobizität auf der Oberfläche des porösen Mediums kann erzielt werden, indem die Mechanismen einer hohen Hydrophobizität oder einer Superhydrophobizität auf einer festen Oberfläche verstanden werden, was im Folgenden beschrieben ist. A better understanding of increased hydrophobicity on the surface of the porous medium can be achieved by understanding the mechanisms of high hydrophobicity or superhydrophobicity on a solid surface, which is described below.
Die Hydrophobizität einer festen Oberfläche hängt von den chemischen Eigenschaften der festen Oberfläche ab, aber wenn ein feines Muster auf der festen Oberfläche gebildet ist, nimmt die Hydrophobizität erheblich zu, so dass die feste Oberfläche eine Superhydrophobizität erhält. Zum Beispiel ist der Kontaktwinkel der Oberfläche mit einer feinen Struktur mit Vorsprüngen oder Poren, bezogen auf Wasser, mit Werten in einem Bereich von 150° bis 170° relativ groß, so dass im Vergleich zu einer flachen Oberfläche, die der gleichen chemischen Behandlung unterzogen wurde, eine Superhydrophobizität verliehen wird.The hydrophobicity of a solid surface depends on the chemical properties of the solid surface, but when a fine pattern is formed on the solid surface, the hydrophobicity increases significantly, so that the solid surface obtains superhydrophobicity. For example, the contact angle of the surface having a fine structure with protrusions or pores with respect to water having values in a range of 150 ° to 170 ° is relatively large, so that compared to a flat surface which has undergone the same chemical treatment , a super hydrophobicity is imparted.
Gleichzeitig kann eine Oberfläche mit einer Struktur mit Vorsprüngen oder Poren eine selbstreinigende Funktion aufweisen, welche ermöglicht, dass ein Tropfen auf der festen Oberfläche unter Bedingungen, in denen die Hysterese des Kontaktwinkels auf weniger als 10° verringert ist, leicht entfernt werden kann. Um eine stark hydrophobe oder superhydrophobe Oberfläche zu erzeugen, sollte daher eine Oberflächenschicht mit niedriger Oberflächenenergie gebildet werden und gleichzeitig sollte die Oberflächenschicht eine physikalische/strukturelle Oberflächenrauigkeit aufweisen.At the same time, a surface having a structure with protrusions or pores may have a self-cleaning function that allows a drop to be easily removed on the solid surface under conditions in which the hysteresis of the contact angle is reduced to less than 10 °. Therefore, in order to produce a highly hydrophobic or superhydrophobic surface, a low surface energy surface layer should be formed, and at the same time, the surface layer should have a physical / structural surface roughness.
Bezüglich der Oberflächenrauigkeit spielt die Größenverteilung der feinen Vorsprünge oder Poren eine sehr wichtige Rolle, und eine Oberflächenrauigkeit, die kollabierte Poren aufweist, zeigt auch die gleichen Eigenschaften wie eine Oberflächenrauigkeit, die feine Vorsprünge aufweist. Insbesondere können, wenn die chemische Zusammensetzung der Oberfläche gesteuert wird und gleichzeitig nanometergroße Poren und mikrometergroße Poren gemeinsam vorhanden sind, eine hydrophobe Oberfläche und weiter eine superhydrophobe Oberfläche erzielt werden. In der vorliegenden Erfindung wird die angestrebte hohe Hydrophobizität daher durch Ausführen eines Mechanismus zum Erhöhen der Hydrophobizität erreicht, wobei diese erhalten werden kann, wenn die vorstehend beschriebene Struktur und die chemischen Eigenschaften auf der Oberfläche des porösen Mediums miteinander kombiniert werden.Regarding the surface roughness, the size distribution of the fine protrusions or pores plays a very important role, and a surface roughness having collapsed pores also exhibits the same properties as a surface roughness having fine protrusions. In particular, when the chemical composition of the surface is controlled and at the same time nanometer-sized pores and micrometer-sized pores are coexistent, a hydrophobic surface and further a superhydrophobic surface can be achieved. Therefore, in the present invention, the intended high hydrophobicity is achieved by carrying out a hydrophobicity enhancing mechanism, which can be obtained by combining the above-described structure and the chemical properties on the surface of the porous medium.
Das heißt, dass die stark hydrophobe Oberfläche durch Bilden eines Nanomusters mittels Plasmaätzen und durch Bilden einer hydrophoben dünnen Schicht mittels Plasmaabscheidung auf den Oberflächen der mikroporösen Schicht und des makroporösen Substrats, welche das poröse Medium, wie beispielsweise die Gasdiffusionsschicht einer Brennstoffzelle, bilden, erreicht werden. Des Weiteren ist es möglich, der Oberfläche des porösem Mediums eine hohe Hydrophobizität zu verleihen, indem die der Oberflächeneigenschaften des porösen Mediums gleichzeitig strukturell und chemisch gesteuert werden.That is, the highly hydrophobic surface is achieved by forming a nanopattern by plasma etching and forming a hydrophobic thin film by plasma deposition on the surfaces of the microporous layer and the macroporous substrate constituting the porous medium such as the gas diffusion layer of a fuel cell , Furthermore, it is possible to impart high hydrophobicity to the surface of the porous medium by simultaneously structurally and chemically controlling the surface properties of the porous medium.
Als nächstes wird die vorliegende Erfindung ausführlicher unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
Das stark hydrophobe poröse Medium der vorliegenden Erfindung weist Nanostrukturen mit einem hohen Aspektverhältnis und eine hydrophobe dünne Schicht auf, die entsprechend auf der Oberfläche der mikroporösen Schicht und der Oberfläche des makroporösen Substrats vorgesehen sind.The highly hydrophobic porous medium of the present invention has high aspect ratio nanostructures and a hydrophobic thin layer respectively provided on the surface of the microporous layer and the surface of the macroporous substrate.
Wie in
Die mikroporöse Schicht und das makroporöse Substrat, die die Gasdiffusionsschicht als poröses Medium in der Brennstoffzelle bilden, bestehen aus den folgenden Materialien.The microporous layer and the macroporous substrate, which form the gas diffusion layer as a porous medium in the fuel cell, are made of the following materials.
Üblicherweise kann die mikroporöse Schicht gebildet werden, indem eine Mischung aus Rußpulver, wie beispielsweise Acetylenruß, Perlruß usw., und einem hydrophoben Mittel, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) oder fluoriertem Ethylenpropylen (FEP), zubereitet wird und die Mischung auf eine oder beide Seiten der makroporösen Schicht aufgetragen wird. Das makroporöse Substrat besteht im Allgemeinen aus Kohlenstofffasern und einem hydrophoben Mittel, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen oder fluoriertem Ethylenpropylen [
In der vorliegenden Erfindung wird das Plasmaätzen auf jeder Oberfläche des porösen Mediums mit der vorstehend beschriebenen Struktur, in der die mikroporöse Schicht und das makroporöse Substrat aufeinander gestapelt sind (
In einer veranschaulichenden Ausführungsform kann durch das Plasmaätzen vorzugsweise ein Muster aus Nano-Vorsprüngen oder Nanoporen mit einer Breite von 1 bis 100 Nanometern, einer Länge von 1 bis 1.000 Nanometern und einem Aspektverhältnis von 1 bis 10 auf der Oberfläche der Kohlenstoffmaterialien auf den Oberflächen der mikroporösen Schicht und des makroporösen Substrats gebildet werden. Wenn das Aspektverhältnis kleiner als 1 ist, kann die Wirkung der Oberflächenrauigkeit nicht vollständig erzielt werden, wohingegen, wenn das Aspektverhältnis größer als 10 ist, die Struktur des Nanomusters nicht stabil beibehalten wird.In an illustrative embodiment, preferably by plasma etching, a pattern of nano-protrusions or nano-pores having a width of 1 to 100 nanometers, a length of 1 to 1000 nanometers and an aspect ratio of 1 to 10 on the surface of the carbon materials on the surfaces of the microporous Layer and the macroporous substrate are formed. When the aspect ratio is smaller than 1, the effect of surface roughness can not be fully achieved, whereas when the aspect ratio is larger than 10, the structure of the nanopattern is not stably maintained.
In der mikroporösen Schicht bilden die Kohlenstoffteilchen, welche nicht gleichmäßig groß sind, Aggregate und sind daher in einem Bereich von mehreren Zehn Nanometern bis mehreren Mikrometern vorhanden. Wenn die Plasmaätzbehandlung an der mikroporösen Schicht durchgeführt wird, werden die Oberflächen der kugelförmigen Kohlenstoffteilchen geätzt, wodurch scharfkantige Kohlenstoffteilchen gebildet werden, die eine Breite von mehreren Nanometern aufweisen, und die hydrophobe dünne Schicht wird auf der Oberfläche der resultierenden mikroporösen Schicht abgeschieden.In the microporous layer, the carbon particles, which are not uniform in size, form aggregates and are therefore present in a range of several tens of nanometers to several micrometers. When the plasma etching treatment is performed on the microporous layer, the surfaces of the spherical carbon particles are etched, thereby forming sharp-edged carbon particles having a width of several nanometers, and the hydrophobic thin layer is deposited on the surface of the resulting microporous layer.
Daneben wird bevorzugt, mittels Plasmaätzen Nano-Vorsprünge oder Nanoporen mit einer Breite von 10 bis 30 Nanometern, einer Länge von 10 bis 200 Nanometern und einem Aspektverhältnis von 1 bis 7 auf der Oberfläche von Kohlenstofffasern des makroporösen Substrats mit einem Durchmesser von 5 bis 20 Mikrometern auszubilden. Diese Nano-Vorsprünge bilden ein Nanomuster mit einem großen Aspektverhältnis, wodurch die Mikro-Nano-Doppelstruktur bereitgestellt wird. Des Weiteren weist die Oberfläche mit der Mikro-Nano-Doppelstruktur superhydrophobe und selbstreinigende Eigenschaften auf.Besides, by plasma etching, nano-protrusions or nanopores having a width of 10 to 30 nanometers, a length of 10 to 200 nanometers and an aspect ratio of 1 to 7 are preferable on the surface of carbon fibers of the macroporous substrate having a diameter of 5 to 20 microns train. These nano-protrusions form a nano-pattern with a high aspect ratio, thereby providing the micro-nano-double structure. Furthermore, the surface with the micro-nano-double structure has superhydrophobic and self-cleaning properties.
Die hydrophobe dünne Schicht zum Erhöhen der Hydrophobizität kann eine dünne Kohlenwasserstoffschicht, die Silizium (Si) und Sauerstoff enthält, oder eine dünne Kohlenwasserstoffschicht, die Fluor (F) enthält, sein, und die hydrophobe dünne Schicht kann eine Dicke in einem Bereich von 0,1 bis 90 Nanometern aufweisen. Wenn die Dicke der hydrophoben dünnen Schicht weniger als 0,1 Nanometer beträgt, kann der Effekt des Erhöhens der Hydrophobizität des porösen Mediums nicht erhalten werden, wohingegen, wenn die Dicke mehr als 90 Nanometer beträgt, der elektrische Widerstand erheblich zunehmen kann, wenn das poröse Medium als Gasdiffusionsschicht verwendet wird. Es wird daher bevorzugt, dass die hydrophobe dünne Schicht eine Dicke in einem Bereich von 0,1 bis 90 Nanometern aufweist.The hydrophobic thin layer for increasing the hydrophobicity may be a thin hydrocarbon layer containing silicon (Si) and oxygen, or a hydrocarbon thin layer containing fluorine (F), and the hydrophobic thin layer may have a thickness in a range of 0. 1 to 90 nanometers. If the thickness of the hydrophobic thin layer is less than 0.1 nanometer, the effect of increasing the hydrophobicity of the porous medium can not be obtained, whereas if the thickness is more than 90 nanometers, the electrical resistance may increase considerably if the porous one Medium is used as a gas diffusion layer. It is therefore preferred that the hydrophobic thin layer has a thickness in a range of 0.1 to 90 nanometers.
Insbesondere zur Verwendung des porösen Mediums als Gasdiffusionsschicht einer Brennstoffzelle ist es notwendig, die Dicke der hydrophoben dünnen Schicht in geeigneter Weise anzupassen, so dass die Poren nicht verstopft werden, ohne dabei den ursprünglichen elektrischen Widerstand der Gasdiffusionsschicht zu erhöhen.In particular, for using the porous medium as a gas diffusion layer of a fuel cell, it is necessary to suitably adjust the thickness of the hydrophobic thin layer so that the pores are not clogged without increasing the initial electric resistance of the gas diffusion layer.
Das Silizium und Sauerstoff enthaltende Kohlenwasserstoffmaterial kann unter Verwenden von Hexamethyldisiloxan (HMDSO) als Precursor abgeschieden werden, und die Hydrophobizität kann durch geeignetes Mischen von Hexamethyldisiloxan und Argongas (nicht mehr als 30% Volumenanteil) gesteuert werden.The silicon and oxygen-containing hydrocarbon material can be precipitated using hexamethyldisiloxane (HMDSO) as a precursor, and the hydrophobicity can be controlled by properly mixing hexamethyldisiloxane and argon gas (not more than 30% by volume).
Der Kontaktwinkel auf den Oberflächen der mikroporösen Schicht und des makroporösen Substrats im porösen Medium, dessen Hydrophobizität mit der vorstehend beschriebenen Plasmabehandlung (zur Ausbildung der Nanostrukturen mittels Plasmaätzen und zur Ausbildung der hydrophoben dünnen Schicht mittels Plasmaabscheidung) erhöht wird, beträgt 150° oder mehr. Da das nanometergroße Muster und das mikrometergroße Muster mit dem PTFE als hydrophobes Polymer auf den Oberflächen der mikroporösen Schicht und des makroporösen Substrats, die das poröse Medium bilden, gemischt werden, beträgt der Kontaktwinkel etwa 135 bis 145°.The contact angle on the surfaces of the microporous layer and the macroporous substrate in the porous medium, the hydrophobicity of which is increased by the plasma treatment described above (to form the nanostructures by plasma etching and to form the hydrophobic thin layer by plasma deposition) is 150 ° or more. Since the nanometer-sized pattern and the micrometer-sized pattern are mixed with the PTFE as the hydrophobic polymer on the surfaces of the microporous layer and the macroporous substrate constituting the porous medium, the contact angle is about 135 to 145 °.
In dem porösen Medium der vorliegenden Erfindung ist die Größe des Nanomusters mit einem großen Aspektverhältnis, das durch Plasmaätzen gebildet wird, erheblich kleiner als dasjenige der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Oberfläche, und die Oberflächenrauigkeit ist viel größer als diejenige der herkömmlichen Oberfläche. Das poröse Medium der vorliegenden Erfindung kann daher einen Kontaktwinkel (d. h. statischen Kontaktwinkel) von 150° oder mehr aufweisen und infolge der Mikro-Nano-Doppelstruktur stark hydrophobe Oberflächeneigenschaften besitzen. Insbesondere kann selbst eine Oberfläche, die kein PTFE enthält, eine hohe Hydrophobizität aufweisen, was einem Kontaktwinkel von 150° oder mehr entspricht. Daneben wird die hydrophobe dünne Schicht gleichmäßig auf der Oberfläche abgeschieden, so dass die Oberflächenenergie allgemein gering ist, und somit kann eine in hohem Maße einheitliche hydrophobe Oberfläche erhalten werden. In the porous medium of the present invention, the size of the large aspect ratio nanopattern formed by plasma etching is considerably smaller than that of the conventional surface described above, and the surface roughness is much larger than that of the conventional surface. Therefore, the porous medium of the present invention may have a contact angle (ie, static contact angle) of 150 ° or more, and have highly hydrophobic surface properties due to the micro-nano-double structure. In particular, even a surface containing no PTFE can have high hydrophobicity, which corresponds to a contact angle of 150 ° or more. Besides, the hydrophobic thin film is uniformly deposited on the surface, so that the surface energy is generally low, and thus a highly uniform hydrophobic surface can be obtained.
Es ist schwierig, ein hydrophobes Mittel, wie beispielsweise PTFE, das in die mikroporöse Schicht und das makroporöse Substrat einer kommerziell erhältlichen Gasdiffusionsschicht eingebracht wird, gleichmäßig in die Oberfläche und das Innere einzubringen, und es muss ein kompliziertes Nassverfahren zur Herstellung verwendet werden. Daneben ist es schwierig, den Kontaktwinkel der Oberfläche des porösen Mediums auf mehr als 150° zu erhöhen.It is difficult to uniformly introduce a hydrophobic agent such as PTFE incorporated in the microporous layer and the macroporous substrate of a commercially available gas diffusion layer into the surface and the inside, and a complicated wet process must be used for production. Besides, it is difficult to increase the contact angle of the surface of the porous medium to more than 150 °.
Das Verfahren zum Herstellen des stark hydrophoben porösen Mediums gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: (a) das Bereitstellen eines porösen Mediums, das nur ein makroporöses Substrat aufweist, oder eine Struktur hat, in der ein makroporöses Substrat und eine mikroporöse Schicht miteinander kombiniert sind; (b) das Bilden von Nanostrukturen in Form von Nano-Vorsprüngen mit einem großen Aspektverhältnis oder von kollabierten Nanoporen auf der Oberfläche der Kohlenstoffmaterialien des porösen Mediums; und (c) das Abscheiden einer hydrophoben dünnen Schicht auf der Oberfläche des porösen Mediums, auf der die Nanostrukturen gebildet wurden.The method for producing the highly hydrophobic porous medium according to the present invention comprises: (a) providing a porous medium having only a macroporous substrate or having a structure in which a macroporous substrate and a microporous layer are combined with each other; (b) forming nanostructures in the form of nano-protrusions having a high aspect ratio or collapsed nanopores on the surface of the carbon materials of the porous medium; and (c) depositing a hydrophobic thin layer on the surface of the porous medium on which the nanostructures have been formed.
Wie in
Schritt (b) dient dazu, Nanostrukturen mit einem großen Aspektverhältnis zu bilden, indem an beiden Seiten des porösen Mediums, welches die mikroporöse Schicht und das makroporöse Substrat aufweist, auf dem die nanometergroßen und die mikrometergroßen Oberflächen gebildet werden, ein Plasmaätzen durchgeführt wird. Das Plasmaätzen kann eine plasmaverstärkte chemische Dampfabscheidung (plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD) oder eine plasmagestützte chemische Dampfabscheidung (plasma-assisted chemical vapor deposition, PACVD) sein und unter Verwenden von O2, Ar, N2, He, CF4, CHF3, C2F6, HF oder SiF4 ablaufen. Neben der chemischen Dampfabscheidung (chemical vapor deposition, CVD) kann das Ätzen zudem mittels einer Kombination aus Ionenstrahl, chemischer Dampfabscheidung mittels einem oder Hybridplasma (hybrid plasma chemicalapor deposition, HPVCD) und atmosphärischem Plasma durchgeführt werden.Step (b) serves to form nanostructures with a high aspect ratio by performing plasma etching on both sides of the porous medium comprising the microporous layer and the macroporous substrate on which the nanometer-sized and micrometer-sized surfaces are formed. The plasma etching may be plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) or plasma-enhanced chemical vapor deposition (PACVD) and using O 2 , Ar, N 2 , He, CF 4 , CHF 3 , C 2 F 6 , HF or SiF 4 expire. In addition to the chemical vapor deposition (CVD), the etching can also be carried out by means of a combination of ion beam, chemical vapor deposition by means of a hybrid plasma (hybrid plasma chemical vapor deposition, HPVCD) and atmospheric plasma.
Wenn die mittels dem Plasmaätzen geätzte Oberfläche vergrößert wird, kann man sehen, dass eine große Anzahl an Nano-Vorsprüngen mit einem großen Aspektverhältnis gebildet wurde, und die Änderung der Verteilung der Nano-Vorsprünge auf den Oberflächen der mikroporösen Schicht und des makroporösen Substrats sind aus den
Die
Im Vergleich zu den
In dem Plasmaätzverfahren der vorliegenden Erfindung können die Größe und die Form der Nanostrukturen mit einem großen Aspektverhältnis durch Einstellen wenigstens eines von Ätzdruck, Beschleunigungsspannung und Ätzdauer (d. h. die Dauer der Behandlung mit dem Plasma) gesteuert werden. Vorzugsweise beträgt der Ätzdruck 1 Pa bis 10 Pa, und die Beschleunigungsspanung beträgt –100 Vb bis –1.000 Vb. In the plasma etching method of the present invention, the size and shape of the nanostructures having a large aspect ratio can be controlled by adjusting at least one of etching pressure, accelerating voltage and etching time (ie, the duration of treatment with the plasma). Preferably, the etching pressure is 1 Pa to 10 Pa, and the acceleration voltage is -100 Vb to -1,000 Vb.
Wenn der Ätzdruck kleiner als 1 Pa ist, ist die Bildungsgeschwindigkeit des Oberflächenrauigkeitsmusters zu klein, um effektiv ein Muster auszubilden, wohingegen, wenn der Druck größer als 10 Pa ist, die Bildungsgeschwindigkeit des Oberflächenrauigkeitsmusters zu groß ist, um ein stabiles Muster auszubilden.If the etching pressure is less than 1 Pa, the formation speed of the surface roughness pattern is too small to effectively form a pattern, whereas if the pressure is larger than 10 Pa, the formation speed of the surface roughness pattern is too large to form a stable pattern.
Daneben kann, wenn die Beschleunigungsspannung kleiner als –100 Vb ist, das Plasma nicht effizient erzeugt werden, wohingegen, wenn die Beschleunigungsspannung größer als –1.000 Vb ist, der Prozess der Plasmaerzeugung nicht stabil aufrechterhalten werden kann.Besides, when the acceleration voltage is smaller than -100 Vb, the plasma can not be efficiently generated, whereas when the acceleration voltage is larger than -1000 Vb, the process of plasma generation can not be stably maintained.
Da die Bildung der Nanostrukturen auf der Oberfläche je nach Dauer des Plasmaätzens einen wesentlichen Einfluss auf das Leistungsvermögen der Brennstoffzelle haben kann, ist es zudem wichtig, die Bestrahlung mit Plasma über einen optimal langen Zeitraum durchzuführen, und daher wird das Plasmaätzen vorzugsweise über einen Zeitraum von 0,1 bis 60 Minuten durchgeführt.In addition, since the formation of nanostructures on the surface may have a significant effect on the performance of the fuel cell depending on the duration of the plasma etching, it is important to carry out the plasma irradiation for an optimally long period of time, and therefore the plasma etching is preferably performed over a period of 0.1 to 60 minutes.
Wenn die Dauer des Plasmaätzens weniger als 0,1 Minuten beträgt, ist die Ätzwirkung zu klein um eine Entwicklung der Nanostrukturen zuzulassen, wohingegen es bei einer Dauer von mehr als 60 Minuten aufgrund des übermäßigen Ätzens schwierig ist, die Oberflächenform der gewünschten Nanostrukturen zu steuern, wobei ferner auch die Gesamtdauer der Oberflächenbehandlung zu lang ist und damit die Produktivität verringert wird.If the duration of the plasma etching is less than 0.1 minute, the etching effect is too small to allow development of the nanostructures, whereas it is difficult to control the surface shape of the desired nanostructures for more than 60 minutes due to excessive etching. Furthermore, the total duration of the surface treatment is too long and thus the productivity is reduced.
Schritt (e) dient dazu, eine hydrophobe dünne Schicht auf der Oberfläche des porösen Mediums abzuscheiden, auf der eine Verbund-Poren-Struktur, welche Mikroporen und Nanoporen umfasst, gebildet wurde. Um die hydrophobe dünne Schicht abzuscheiden, kann ein gemischtes Gas aus Argon (in einem Bereich von 0 bis 30 Vol.-%) und Hexamethyldisiloxan oder Hexamethyldisiloxangas verwendet werden.Step (e) serves to deposit a hydrophobic thin layer on the surface of the porous medium on which a composite pore structure comprising micropores and nanopores has been formed. In order to deposit the hydrophobic thin layer, a mixed gas of argon (in a range of 0 to 30% by volume) and hexamethyldisiloxane or hexamethyldisiloxangas may be used.
Die Oberflächeneigenschaften der hydrophoben dünnen Schicht zum Erhöhen der Hydrophobizität hängen von der Radiofrequenz-(RF-)Stromversorgung und dem Anteil an Argon in einer PECVD-Apparatur ab.The surface properties of the hydrophobic thin layer to increase hydrophobicity depend on the radio frequency (RF) power supply and the amount of argon in a PECVD apparatus.
Daher ist es, wenn die RF-Stromversorgung und der Anteil an Argon im Precursorgas in geeigneter Weise gesteuert werden, möglich, die hydrophoben Eigenschaften zu steuern und eine verbesserte dünne Schicht zu erhalten.Therefore, if the RF power supply and the content of argon in the precursor gas are suitably controlled, it is possible to control the hydrophobic properties and obtain an improved thin film.
Im Folgenden werden Beispiele für die vorliegende Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Ein Verfahren zum Herstellen eines stark hydrophoben porösen Mediums auf der Oberfläche der mikroporösen Schicht und des makroporösen Substrats, welche die Gasdiffusionsschicht als typisches Beispiel für das poröse Medium in einer Brennstoffzelle bilden, wird in den nachstehend angegebenen Beispielen 1 und 2 beschrieben, wobei die vorliegende Erfindung jedoch nicht darauf beschränkt ist.A method for producing a highly hydrophobic porous medium on the surface of the microporous layer and the macroporous substrate constituting the gas diffusion layer as a typical example of the porous medium in a fuel cell is described in Examples 1 and 2 given below, wherein the present invention but not limited thereto.
Beispiel 1: Material für eine mikroporöse Schicht mit erhöhter HydrophobizitätExample 1: Material for a microporous layer with increased hydrophobicity
Zunächst wurde ein kommerziell erhältliches Material für eine Gasdiffusionsschicht verwendet, das eine mikroporöse Schicht, welche Kohlenstoffpulver mit einem Durchmesser von 10 bis 300 Nanometern und PTFE enthält, und ein makroporöses Substrat, welches Kohlenstofffasern in Form eines Filzes und PTFE enthält, umfasst. Für die vorliegende Erfindung kann jedoch ein Material für eine Gasdiffusionsschicht mit einem makroporösen Substrat, welches nur Kohlenstofffasern und kein hydrophobes Material, wie beispielsweise PTFE, enthält, verwendet werden. Die Größe der Kohlenstoffteilchen, die die mikroporöse Schicht in dem Material für die Gasdiffusionsschicht bilden, ist nicht einheitlich und liegt in einem Bereich von 10 bis 300 Nanometern.First, a commercially available material for a gas diffusion layer comprising a microporous layer containing carbon powder having a diameter of 10 to 300 nanometers and PTFE, and a macroporous substrate containing carbon fibers in the form of a felt and PTFE was used. However, for the present invention, a material for a gas diffusion layer having a macroporous substrate containing only carbon fibers and not a hydrophobic material such as PTFE may be used. The size of the carbon particles constituting the microporous layer in the material for the gas diffusion layer is not uniform and is in a range of 10 to 300 nanometers.
Die grundlegenden Eigenschaften und Charakteristiken der in diesem Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten Gasdiffusionsschicht sind in Tabelle 1 angegeben. Die Gesamtdicke des porösen Mediums (d. h. der Gasdiffusionsschicht) wurde durch wenigstens 20-faches Messen unter Verwenden eines Dickenmessgeräts von Mitutoyo (Mitutoyo Co., Japan) erhalten.The basic characteristics and characteristics of the gas diffusion layer used in this example of the present invention are shown in Table 1. The total thickness of the porous medium (i.e., the gas diffusion layer) was obtained by measuring at least 20 times using a Mitutoyo thickness gauge (Mitutoyo Co., Japan).
Das Gewicht pro Flächeneinheit des porösen Mediums wurde durch wenigstens 20-faches Messen mit einer digitalen Waage (A&D Company, Japan) erhalten, und die Luftdurchlässigkeit des porösen Mediums wurde wenigstens 5-mal bei Bedingungen von 0,3 kPa unter Verwenden des Gurley-Verfahrens gemessen. [Tabelle 1]
Die
Die Oberfläche einer erzeugten mikroporösen Schicht wurde einer Plasmaätzbehandlung mit Sauerstoff unter Verwenden von RF-PECVD unterzogen, und das Plasmaätzen mit Sauerstoff wurde unter Bedingungen durchgeführt, bei denen nur Sauerstoff als Gas zum Einsatz kam, der Ätzdruck 10 Pa betrug und die RF-Spannung –100 Vb bis –800 Vb betrug.The surface of a generated microporous layer was subjected to plasma etching treatment with oxygen using RF-PECVD, and oxygen plasma etching was conducted under conditions using only oxygen as the gas, the etching pressure was 10 Pa, and the RF voltage. 100 Vb to -800 Vb.
Das Sauerstoffplasma reagiert unter Ätzen der Kohlenstoffteilchen auf der Oberfläche der mikroporösen Schicht mit den Kohlenstoffmaterialien, und dabei werden die Kohlenstoffmaterialien unter Bildung von CO2 oder CO mit dem Sauerstoffplasma verbunden, wodurch die Oberfläche der mikroporösen Schicht geätzt wird.The oxygen plasma reacts with etching of the carbon particles on the surface of the microporous layer with the carbon materials, and thereby the carbon materials, forming CO 2 or CO are connected to the oxygen plasma, whereby the surface of the microporous layer is etched.
Insbesondere werden die Oberflächen von kugelförmigen Teilchen mit einer Größe von mehreren zehn bis mehreren hundert Nanometern, welche die mikroporöse Schicht bilden, geätzt, wobei scharfkantige Kohlenstoffteilchen mit einer Breite von 10 bis 20 Nanometern gebildet werden.Specifically, the surfaces of spherical particles having a size of several tens to several hundreds of nanometers, which form the microporous layer, are etched to form sharp-edged carbon particles having a width of 10 to 20 nanometers.
Dann wurde eine hydrophobe dünne Schicht, die Silizium und Sauerstoff enthält, auf der Oberfläche der so ausgebildeten Kohlenstoff-Nano-Vorsprünge abgeschieden, um die Hydrophobizitäten erhöhen wurde.Then, a hydrophobic thin film containing silicon and oxygen was deposited on the surface of the carbon nanoparticles thus formed to increase the hydrophobicity.
Die hydrophobe Schicht wurde mittels einer RF-PECVD bei 13,56 MHz aus HMDSO abgeschieden, wobei der Anteil an Argongas in dem Precursor-Gas auf 0 Vol.-% gehalten wurde und die RF-Stromquelle fest auf –400 Vb eingestellt wurde. Die abgeschiedene hydrophobe dünne Schicht besaß eine gleichmäßige Dicke von etwa 10 nm, und der Druck in der Kammer lag bei 5 Pa. Die Eigenschaften der mikroporösen Schicht in dem im vorliegenden Beispiel gebildeten hydrophoben porösen Medium wurden analysiert, und es wurden die folgenden Ergebnisse erhalten.The hydrophobic layer was deposited from HMDSO at 13.56 MHz using an RF PECVD with the argon gas content in the precursor gas maintained at 0% by volume and the RF power source set at -400 Vb. The deposited hydrophobic thin layer had a uniform thickness of about 10 nm and the pressure in the chamber was 5 Pa. The properties of the microporous layer in the hydrophobic porous medium formed in the present example were analyzed, and the following results were obtained.
Wie in
Der Kontaktwinkel wurde unter Verwenden eines Goniometers (Data Physics Instrument GmbH, OCA 20L) gemessen, und dieses Gerät ermöglicht, die optische Darstellung und den Kontaktwinkel eines auf der Oberfläche sitzenden Tropfens zu erfassen. Der „Kontaktwinkel”, wie er der Einfachheit halber in der vorliegenden Erfindung bezeichnet wird, gibt den „statischen Kontaktwinkel” an. Der Kontaktwinkel (d. h. der statische Kontaktwinkel) wurde gemessen, indem ein 5 ml-Tropfen behutsam auf die Oberfläche aufgesetzt wurde.The contact angle was measured using a goniometer (Data Physics Instrument GmbH, OCA20L), and this device makes it possible to detect the visual appearance and contact angle of a drop sitting on the surface. The "contact angle" as referred to for simplicity in the present invention indicates the "static contact angle". The contact angle (i.e., the static contact angle) was measured by gently placing a 5 ml drop on the surface.
In
Als Folge davon ist es entsprechend dem vorstehend angegebenen Herstellungsverfahren möglich, eine stark hydrophobe mikroporöse Schicht bereitzustellen und, da die Oberfläche der mikroporösen Schicht eine selbstreinigende Funktion und eine wasserabstoßende Funktion besitzt, kann das poröse Medium mit der vorstehend beschriebenen mikroporösen Schicht in vorteilhafter Weise als Material verwendet werden, welches das Leistungsvermögen einer Brennstoffzelle aufrechterhalten kann, da effizient das während der elektrochemischen Reaktion der Brennstoffzelle erzeugte Wasser entfernt werden kann.As a result, according to the above-mentioned production method, it is possible to provide a highly hydrophobic microporous layer and, since the surface of the microporous layer has a self-cleaning function and a water-repellent function, the porous medium having the above-described microporous layer can be advantageously used as the material can be used, which can maintain the performance of a fuel cell, since efficiently the water generated during the electrochemical reaction of the fuel cell can be removed.
Beispiel 2: Material für das makroporöse Substrat mit erhöhter HydrophobizitätExample 2 Material for the Macroporous Substrate with Increased Hydrophobicity
Das makroporöse Substrat auf der anderen Seite (siehe
Zunächst wurde die Oberfläche eines erzeugten makroporösen Substrats einer Plasmaätzbehandlung mit Sauerstoff unter Verwenden von RF-PECVD unterzogen, und das Plasmaätzen mit Sauerstoff wurde unter Bedingungen durchgeführt, in denen nur Sauerstoff als Gas verwendet wurde, der Ätzdruck 10 Pa betrug und die RF-Spannung –100 Vb bis –800 Vb betrug.First, the surface of a generated macroporous substrate was subjected to plasma etching treatment with oxygen using RF-PECVD, and the oxygen plasma etching was conducted under conditions where only oxygen was used as the gas, the etching pressure was 10 Pa, and the RF voltage - 100 Vb to -800 Vb.
Das Sauerstoffplasma reagiert unter Ätzen der Kohlenstofffasern auf der Oberfläche des makroporösen Substrats mit den Kohlenstoffmaterialien, und dabei werden die Kohlenstoffmaterialien unter Bilden von CO2 oder CO mit dem Sauerstoffplasma verbunden, wodurch die Oberfläche des makroporösen Substrats geätzt wird. Die Formen der Oberfläche vor und nach dem Plasmaätzen sind entsprechend in den
Die Vorsprünge weisen hier eine Breite von 10 bis 30 Nanometern und eine Länge von 10 bis 200 Nanometern auf, so dass sich ein Aspektverhältnis von 1 bis 7 ergibt. Als Folge davon bilden die Kohlenstofffasern mit einem Durchmesser von 5 bis 20 Mikrometern und die die darauf gebildeten Nano-Vorsprpünge mit einem großen Aspektverhältnis eine Mikro-Nano-Doppelstruktur mit Vorsprüngen, wodurch eine Oberfläche mit einer Mikro-Nano-Doppel-(Verbund-)Struktur bereitgestellt wird. Diese Oberfläche weist superhydrophobe und selbstreinigende Eigenschaften auf, sodass die Superhydrophobizität bereitgestellt wird, die mit der vorliegenden Erfindung erreicht werden soll.The projections here have a width of 10 to 30 nanometers and a length of 10 to 200 nanometers, resulting in an aspect ratio of 1 to 7. As a result, the carbon fibers having a diameter of 5 to 20 microns and the nano-protrusions having a high aspect ratio formed thereon form a micro-nano-double structure with protrusions, thereby forming a micro-nano-double (compound) surface. Structure is provided. This surface has superhydrophobic and self-cleaning properties to provide the superhydrophobicity to be achieved with the present invention.
Dann wurde eine hydrophobe dünne Schicht, die Silizium und Sauerstoff zum Erhöhen der Hydrophobizität enthält, auf dem makroporösen Substrat abgeschieden, welches die Doppelstruktur mit Vorsprüngen der Oberfläche der Kohlenstofffasern, die die auf diese Weise gebildeten Nano-Vorsprünge aufweisen, und die PTFE Oberfläche umfasst. In diesem Verfahren wurde die hydrophobe dünne Schicht mittels RF-PECVD bei 13,56 MHz aus HMDSO abgeschieden, wobei der Anteil an Argongas in dem Precursor-Gas bei 0 Vol.-% gehalten wurde und die RF-Stromquelle fest auf –400 Vb eingestellt wurde. Die abgeschiedene hydrophobe dünne Schicht besaß eine einheitliche Dicke von etwa 10 nm, und der Druck in der Kammer lag bei 5 Pa. Die Eigenschaften des in dem vorliegenden Beispiel gebildeten makroporösen Substrats in dem hydrophoben porösen Medium wurden analysiert, und es wurden die folgenden Ergebnisse erhalten.Then, a hydrophobic thin film containing silicon and oxygen for increasing hydrophobicity was deposited on the macroporous substrate comprising the double structure having protrusions of the surface of the carbon fibers having the nano-protrusions thus formed and the PTFE surface. In this method, the hydrophobic thin film was deposited by RF-PECVD at 13.56 MHz of HMDSO while keeping the content of argon gas in the precursor gas at 0% by volume and the RF power source fixedly set to -400 Vb has been. The deposited hydrophobic thin layer had a uniform thickness of about 10 nm and the pressure in the chamber was 5 Pa. The properties of the macroporous substrate formed in the present example in the hydrophobic porous medium were analyzed, and the following results were obtained.
Wie in
In dieser Struktur beträgt der Kontaktwinkel auf der Oberfläche des hydrophoben porösen Mediums, wie in
Der Kontaktwinkel wurde unter Verwenden des Goniometers aus Beispiel 1 gemessen und dieses Gerät ermöglicht, die optische Darstellung und den Kontaktwinkel eines auf der Oberfläche sitzenden Tropfens zu erfassen. Der statische Kontaktwinkel wurde gemessen, indem ein 5 ml-Tropfen behutsam auf die Oberfläche aufgesetzt wurde.The contact angle was measured using the goniometer of Example 1, and this device makes it possible to detect the visual appearance and contact angle of a drop sitting on the surface. The static contact angle was measured by gently placing a 5 ml drop on the surface.
Wie in
Als Folge davon ist es entsprechend dem vorstehend beschriebenen Herstellungsverfahren möglich, ein stark hydrophobes makroporöses Substrat bereitzustellen, und, da die Oberfläche des makroporösen Substrats eine selbstreinigende Funktion und eine wasserabstoßende Funktion aufweist, kann das poröse Medium mit dem vorstehend beschriebenen makroporösen Substrat in vorteilhafter Weise als Material verwendet werden, welches das Leistungsvermögen einer Brennstoffzelle aufrechterhalten kann, da effizient das während der elektrochemischen Reaktion der Brennstoffzelle erzeugte Wasser entfernt werden kann.As a result, according to the manufacturing method described above, it is possible to provide a highly hydrophobic macroporous substrate, and, since the surface of the macroporous substrate has a self-cleaning function and a water-repellent function, the porous medium having the macroporous substrate described above can be advantageously used Material can be used, which can maintain the performance of a fuel cell, since efficiently the water generated during the electrochemical reaction of the fuel cell can be removed.
Gemäß dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung ist es als solches möglich, die hydrophoben Eigenschaften der Oberflächen der mikroporösen Schicht und des makroporösen Substrats wesentlich zu erhöhen und so ein stark hydrophobes poröses Medium bereitzustellen.As such, according to the production method of the present invention, it is possible to substantially increase the hydrophobic properties of the surfaces of the microporous layer and the macroporous substrate to provide a highly hydrophobic porous medium.
Insbesondere ist es gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erhöhen der hydrophoben Eigenschaften der Oberflächen der mikroporösen Schicht und des makroporösen Substrats möglich, die hydrophoben Eigenschaften einer Gasdiffusionsschicht, welche die mikroporöse Schicht und das makroporöse Substrat enthält, wesentlich zu erhöhen.In particular, according to the method of the present invention for enhancing the hydrophobic properties of the surfaces of the microporous layer and the macroporous substrate, it is possible to substantially increase the hydrophobic properties of a gas diffusion layer containing the microporous layer and the macroporous substrate.
Wie vorstehend beschrieben ist, nimmt der Kontaktwinkel auf der Oberfläche des erfindungsgemäßen stark hydrophoben porösen Mediums erheblich zu, so dass das poröse Medium der vorliegenden Erfindung superhydrophobe Oberflächeneigenschaften aufweist. Diese superhydrophobe Oberfläche weist eine selbstreinigende Funktion sowie eine wasserabstoßende Funktion auf. Das erfindungsgemäße stark hydrophobe poröse Medium kann daher in vorteilhafter Weise als poröses Medium für eine Brennstoffzelle, wie beispielsweise als Gasdiffusionsschicht, verwendet werden und effizient das während der elektrochemischen Reaktion der Brennstoffzelle erzeugte Wasser entfernen, wodurch das hohe Leistungsvermögen der Brennstoffzelle beibehalten werden kann.As described above, the contact angle on the surface of the highly hydrophobic porous medium of the present invention significantly increases, so that the porous medium of the present invention has superhydrophobic surface properties. This superhydrophobic surface has a self-cleaning function and a water-repellent function. Therefore, the highly hydrophobic porous medium of the present invention can be advantageously used as a porous medium for a fuel cell such as a gas diffusion layer and efficiently remove the water generated during the electrochemical reaction of the fuel cell, whereby the high performance of the fuel cell can be maintained.
Die Erfindung wurde ausführlich unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass diese Ausführungsformen abgeändert werden können, ohne dabei von den Prinzipien und dem Geiste der Erfindung, deren Umfang in den beigefügten Ansprüchen und deren Äquivalenten definiert ist, abzuweichen.The invention has been described in detail with reference to preferred embodiments. One skilled in the art will recognize, however, that these embodiments may be varied without departing from the principles and spirit of the invention, the scope of which is defined in the appended claims and their equivalents.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2005/0064275 A1 [0012] US 2005/0064275 A1 [0012]
- KR 10-2006-0090668 [0012] KR 10-2006-0090668 [0012]
- KR 10-2009-0055301 [0013] KR 10-2009-0055301 [0013]
- KR 10-0839372 [0013] KR 10-0839372 [0013]
- KR 10-0681169 [0013] KR 10-0681169 [0013]
- KR 10-0599799 [0013] KR 10-0599799 [0013]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
-
R. O Hayre, S. Cha, W. Colella, F. B. Prinz, Fuel Cell Fundamentals, Kapitel 1, John Wiley & Sons, New York (2006) [0004] R. O Hayre, S. Cha, W. Colella, FB Prince, Fuel Cell Fundamentals,
Chapter 1, John Wiley & Sons, New York (2006) [0004] - M. M. Saleh, T. Okajima, M. Hayase, F. Kitamura, T. Ohsaka, J. Power Sources, 167, 503 (2007) [0005] MM Saleh, T. Okajima, M. Hayase, F. Kitamura, T. Ohsaka, J. Power Sources, 167, 503 (2007) [0005]
- X. L. Wang, H. M. Zhang, J. L. Zhang, H. F. Xu, Z. Q. Tian, J. Chen, H. X. Zhong, Y. M. Liang und B. L. Yi, Electrochimica Acta, 51, 4909 (2006) [0007] XL Wang, HM Zhang, JL Zhang, HF Xu, ZQ Tian, J. Chen, HX Zhong, YM Liang and BL Yi, Electrochimica Acta, 51, 4909 (2006) [0007]
- L. Cindrella, A. M. Kannan, J. F. Lin, K. Saminathan, Y. Ho, C. W. Lin, J. Wertz, J. Power Sources, 194, 146 (200) [0008] L. Cindrella, AM Kannan, JF Lin, K. Saminathan, Y. Ho, CW Lin, J. Wertz, J. Power Sources, 194, 146 (200) [0008]
- X. L. Wang, H. M. Zhang, J. L. Zhang, H. F. Xu., Z. Q. Tian, J. Chen, H. X. Zhong, Y. M. Liang, B. L. Yi, Electrochim. Acta, 51, 4909 (2006) [0008] XL Wang, HM Zhang, JL Zhang, HF Xu., ZQ Tian, J. Chen, HX Zhong, YM Liang, BL Yi, Electrochim. Acta, 51, 4909 (2006) [0008]
- S. Park, J. -W. Lee, B. N. Popov, J. Power Sources, 177, 457 (2008) [0009] S. Park, J. -W. Lee, BN Popov, J. Power Sources, 177, 457 (2008) [0009]
- G. -G-Park, Y. -J. Sohn, T. -H. Yang, Y. -G. Yoon, W. -Y. Lee, C. -S. Kim, J. Power Sources, 131, 182 (2004) [0009] G. -G Park, Y. -J. Son, T. -H. Yang, Y. -G. Yoon, W.-Y. Lee, C. -S. Kim, J. Power Sources, 131, 182 (2004) [0009]
- C. Lim und C. Y. Wang, Electrochim. Acta 49, 4149 (2004) [0049] C. Lim and CY Wang, Electrochim. Acta 49, 4149 (2004) [0049]
- S. Escribano, J. Blachot, J. Etheve, A. Morin, R. Mosdale, J. Power Sources, 156, 8 (2006) [0049] S. Escribano, J. Blachot, J. Etheve, A. Morin, R. Mosdale, J. Power Sources, 156, 8 (2006) [0049]
- M. F. Mathias, J. Roth, J. Fleming und W. Lehnert, Handbook of Fuel Cells-Fundamentals, Technology and Applications, Band 3, Kapitel 42, John Wiley & Sons (2003) [0049] MF Mathias, J. Roth, J. Fleming and W. Lehnert, Handbook of Fuel Cells Fundamentals, Technology and Applications, Volume 3, Chapter 42, John Wiley & Sons (2003) [0049]
Claims (20)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR10-2011-0040477 | 2011-04-29 | ||
KR1020110040477A KR101405721B1 (en) | 2011-04-29 | 2011-04-29 | A porous media with enhanced hydrophobicity and a fabrication method thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102011081627A1 true DE102011081627A1 (en) | 2012-10-31 |
Family
ID=47007733
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102011081627A Pending DE102011081627A1 (en) | 2011-04-29 | 2011-08-26 | Porous medium with increased hydrophobicity and method for producing the same |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US8945409B2 (en) |
JP (1) | JP6063112B2 (en) |
KR (1) | KR101405721B1 (en) |
CN (1) | CN102760897B (en) |
DE (1) | DE102011081627A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014014832A1 (en) | 2014-10-07 | 2015-04-23 | Daimler Ag | Process for the surface modification of at least one porous component |
CN114843543A (en) * | 2022-06-01 | 2022-08-02 | 冠驰新能科技(南京)有限公司 | Super-hydrophobic condensed water surface, preparation method thereof, battery pole plate and fuel cell |
Families Citing this family (31)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013041816A (en) * | 2011-07-15 | 2013-02-28 | Panasonic Corp | Gas diffusion layer for fuel cell and fuel cell using the same, and manufacturing method for gas diffusion layer for fuel cell |
KR101349075B1 (en) * | 2011-10-10 | 2014-01-16 | 한국과학기술연구원 | Fuel Cell with Enhanced Mass Transport Capability |
JP6142118B2 (en) * | 2012-03-29 | 2017-06-07 | 株式会社エマオス京都 | Porous membrane, electrolyte membrane, secondary battery and fuel cell |
KR20140055439A (en) | 2012-10-31 | 2014-05-09 | 현대자동차주식회사 | Multifunctional cylinder and method for controlling cylinder |
US8945790B2 (en) * | 2013-03-15 | 2015-02-03 | Ford Global Technologies, Llc | Microporous layer structures and gas diffusion layer assemblies in proton exchange membrane fuel cells |
KR101638411B1 (en) | 2014-02-10 | 2016-07-11 | 한국과학기술연구원 | Method of Preparing Micro/nano Hybrid Woven Fabric Surfaces for Oil-Oil Filtration or Oil-Water Filtration |
EP3113265B1 (en) * | 2014-02-24 | 2018-08-22 | Toray Industries, Inc. | Gas diffusion electrode substrate, as well as membrane electrode assembly and fuel cell provided therewith |
US11370005B2 (en) | 2014-03-17 | 2022-06-28 | Korea Institute Of Science And Technology | Nano composite structure with nano patterned structure on its surface and method of preparing the same |
KR101726402B1 (en) * | 2014-03-17 | 2017-04-26 | 한국과학기술연구원 | Oil-water separation structure, method for preparing the same, oil-water separator, and oil-water separation method using the oil-water separator |
EP3208874B1 (en) * | 2014-10-17 | 2020-03-18 | Toray Industries, Inc. | Carbon sheet, gas diffusion electrode base material, and fuel cell |
CA2967295A1 (en) * | 2014-12-10 | 2016-06-16 | Toray Industries, Inc. | Nonwoven carbon fiber fabric, process for producing nonwoven carbon fiber fabric, and polymer electrolyte fuel cell |
WO2016179499A1 (en) * | 2015-05-07 | 2016-11-10 | Landsdowne Laboratories, Inc. | Biocompatible hydrophobic batteries, systems and methods related thereto |
EP3185341B1 (en) * | 2015-12-21 | 2019-09-11 | The Swatch Group Research and Development Ltd | Cathode of a metal/air cell and methods for manufacturing such a cathode |
CN106856243B (en) * | 2017-01-10 | 2020-04-07 | 大连理工大学 | Preparation method and application of ordered single electrode based on metal macrocyclic compound |
CN107234838B (en) * | 2017-05-22 | 2023-04-07 | 张兆国 | Ice and snow preventing material and application |
KR101980832B1 (en) * | 2017-11-24 | 2019-05-21 | 한국기계연구원 | Manufacturing method of structure assembly for enhancing of condensation and Apparatus for measuring heat transfer characteristics of structure assembly for enhancing of condensation |
JP7052418B2 (en) * | 2018-03-01 | 2022-04-12 | トヨタ自動車株式会社 | Gas diffusion layer |
CN108641113B (en) * | 2018-07-03 | 2021-01-22 | 刘相科 | Antifogging film, preparation method and application thereof, and application of antifogging film |
CN109111848B (en) * | 2018-07-12 | 2020-10-02 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | Preparation method of carbon fiber composite silicone rubber electric heating super-hydrophobic coating |
CN110010922A (en) * | 2019-04-18 | 2019-07-12 | 上海治臻新能源装备有限公司 | A kind of fuel battery metal pole plate and its production method with hydrophobic structure |
JP7078178B2 (en) * | 2019-06-21 | 2022-05-31 | Dic株式会社 | Fluororesin coating and its manufacturing method |
CN110644254A (en) * | 2019-09-26 | 2020-01-03 | 安徽高梵电子商务有限公司 | Nano down jacket fabric and preparation method thereof |
CN110649291B (en) * | 2019-09-27 | 2022-08-02 | 先进储能材料国家工程研究中心有限责任公司 | Rapid activation method for proton exchange membrane fuel cell |
CN110983257B (en) * | 2019-11-29 | 2020-11-20 | 南京航空航天大学 | Surface treatment method for improving corrosion resistance and anti-icing performance of titanium alloy surface |
JP7431054B2 (en) | 2020-02-21 | 2024-02-14 | 株式会社Soken | Gas diffusion layer for fuel cells |
CN111802951A (en) * | 2020-07-30 | 2020-10-23 | 湖南人文科技学院 | Directional super-lyophobic waterless self-cleaning urinal and manufacturing method thereof |
CN112159955B (en) * | 2020-09-21 | 2022-05-13 | 宁波云涂科技有限公司 | Hard hydrophobic coating with micro-nano structure and preparation method thereof |
CN113013454B (en) * | 2021-02-22 | 2022-04-19 | 浙江高成绿能科技有限公司 | Fuel cell membrane electrode and preparation method thereof |
CN113787743A (en) * | 2021-08-19 | 2021-12-14 | 苏州德叡元材料科技有限公司 | Anti-icing modified PTFE (polytetrafluoroethylene) film for wind power blade and preparation method and use method thereof |
CN114907768A (en) * | 2022-05-26 | 2022-08-16 | 中山大学 | Porous hydrophobic material, hydrophobic component and application thereof |
CN114927713A (en) * | 2022-06-14 | 2022-08-19 | 上海电气集团股份有限公司 | Flow field plate and preparation method and application thereof |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050064275A1 (en) | 2003-09-18 | 2005-03-24 | 3M Innovative Properties Company | Fuel cell gas diffusion layer |
KR100599799B1 (en) | 2004-06-30 | 2006-07-12 | 삼성에스디아이 주식회사 | Polymer electrolyte membrane, membrane-electrode assembly, fuel cell, and method for preparing the membrane-electrode assembly |
KR100681169B1 (en) | 2005-07-19 | 2007-02-09 | 아주대학교산학협력단 | Method for manufacturing nano-particles of platinum series for an electrode of a fuel cell and apparatus therefor |
KR100839372B1 (en) | 2006-11-01 | 2008-06-19 | 삼성에스디아이 주식회사 | Method of preparing catalyst for fuel cell |
KR20090055301A (en) | 2007-11-28 | 2009-06-02 | 삼성에스디아이 주식회사 | Method of preparing membrane electrode assembly for fuel cell |
Family Cites Families (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0853824B1 (en) | 1995-10-06 | 2003-07-23 | Dow Global Technologies Inc. | Flow field structures for membrane electrode assemblies of fuel cells |
US7141859B2 (en) | 2001-03-29 | 2006-11-28 | Georgia Tech Research Corporation | Porous gas sensors and method of preparation thereof |
JP4626514B2 (en) * | 2003-02-18 | 2011-02-09 | 日本電気株式会社 | ELECTRODE FOR FUEL CELL, FUEL CELL, AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME |
JP4795626B2 (en) | 2003-03-04 | 2011-10-19 | 紀夫 寺前 | Method for producing porous film and thin film |
KR20040106096A (en) | 2003-06-10 | 2004-12-17 | 주식회사 나노피크 | Inorganic material having mesopore providing energy dissipation mechanism and Colloidal solution having the same |
CA2560263C (en) * | 2004-03-15 | 2013-05-07 | Cabot Corporation | Modified carbon products and their applications |
US7220513B2 (en) * | 2004-03-18 | 2007-05-22 | General Motors Corporation | Balanced humidification in fuel cell proton exchange membranes |
WO2006104043A1 (en) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Mitsubishi Rayon Co., Ltd. | Method of surface treatment and surface-treated article |
US7991174B2 (en) * | 2005-06-30 | 2011-08-02 | Insound Medical, Inc. | Hearing aid battery barrier |
US20070218344A1 (en) * | 2006-03-20 | 2007-09-20 | Chunxin Ji | Diffusion media with vapor deposited fluorocarbon polymer |
US20100099005A1 (en) * | 2007-05-15 | 2010-04-22 | Xiaoming Ren | Vapor fed direct hydrocarbon alkaline fuel cells |
FR2919760B1 (en) * | 2007-08-02 | 2009-10-09 | Commissariat Energie Atomique | METHOD FOR MANUFACTURING A FUEL CELL ON A POROUS CARRIER |
CN101946350A (en) * | 2008-02-22 | 2011-01-12 | 旭硝子株式会社 | Method for manufacturing membrane electrode assembly for solid polymer fuel cell |
KR100977541B1 (en) | 2008-05-19 | 2010-08-23 | 한국과학기술원 | Porous Carbon Nanotube Film and the Fabrication Method Thereof |
KR101071778B1 (en) * | 2008-10-29 | 2011-10-11 | 현대자동차주식회사 | Fabrication method of Nano Structured Surface(NSS) on Proton Exchange Membrane(PEM) and Membrane Electrode Assembly(MEA) for Fuel Cells |
KR101000429B1 (en) * | 2008-11-25 | 2010-12-13 | 기아자동차주식회사 | Gas diffusion layer with improved operational stability for fuel cell |
WO2010065958A1 (en) * | 2008-12-05 | 2010-06-10 | Semprus Biosciences Corp. | Layered non-fouling, antimicrobial, antithrombogenic coatings |
CN102307955B (en) * | 2008-12-05 | 2014-09-10 | 森普鲁斯生物科学公司 | Non-fouling, anti-microbial, anti-thrombogenic graft-from compositions |
KR101084073B1 (en) | 2009-04-21 | 2011-11-16 | 삼성에스디아이 주식회사 | A electrode for fuel cell, a fuel cell, and membrane-electrode assembly comprising the same |
US8512908B2 (en) | 2009-05-14 | 2013-08-20 | GM Global Technology Operations LLC | Fabrication of catalyst coated diffusion media layers containing nanostructured thin catalytic layers |
KR20100137739A (en) | 2009-06-23 | 2010-12-31 | 충주대학교 산학협력단 | Nano porous polymer tip for direct bacteria patterning, preparation method thereof and direct bacteria patterning method using the same |
KR101481187B1 (en) * | 2009-12-03 | 2015-01-09 | 현대자동차주식회사 | Gas diffusion layer for fuel cell applications and Method of Manufacturing the same |
US20120009495A1 (en) * | 2010-07-08 | 2012-01-12 | Oorja Protonics Inc. | Concentration sensor using an electrolytic cell for aqueous hydrocarbon fuel |
KR101349075B1 (en) * | 2011-10-10 | 2014-01-16 | 한국과학기술연구원 | Fuel Cell with Enhanced Mass Transport Capability |
KR101638411B1 (en) * | 2014-02-10 | 2016-07-11 | 한국과학기술연구원 | Method of Preparing Micro/nano Hybrid Woven Fabric Surfaces for Oil-Oil Filtration or Oil-Water Filtration |
-
2011
- 2011-04-29 KR KR1020110040477A patent/KR101405721B1/en active IP Right Grant
- 2011-08-16 US US13/210,670 patent/US8945409B2/en active Active
- 2011-08-17 JP JP2011178341A patent/JP6063112B2/en active Active
- 2011-08-26 DE DE102011081627A patent/DE102011081627A1/en active Pending
- 2011-08-31 CN CN201110259551.6A patent/CN102760897B/en active Active
-
2014
- 2014-12-23 US US14/581,276 patent/US10333155B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050064275A1 (en) | 2003-09-18 | 2005-03-24 | 3M Innovative Properties Company | Fuel cell gas diffusion layer |
KR20060090668A (en) | 2003-09-18 | 2006-08-14 | 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 | Fuel cell gas diffusion layer |
KR100599799B1 (en) | 2004-06-30 | 2006-07-12 | 삼성에스디아이 주식회사 | Polymer electrolyte membrane, membrane-electrode assembly, fuel cell, and method for preparing the membrane-electrode assembly |
KR100681169B1 (en) | 2005-07-19 | 2007-02-09 | 아주대학교산학협력단 | Method for manufacturing nano-particles of platinum series for an electrode of a fuel cell and apparatus therefor |
KR100839372B1 (en) | 2006-11-01 | 2008-06-19 | 삼성에스디아이 주식회사 | Method of preparing catalyst for fuel cell |
KR20090055301A (en) | 2007-11-28 | 2009-06-02 | 삼성에스디아이 주식회사 | Method of preparing membrane electrode assembly for fuel cell |
Non-Patent Citations (10)
Title |
---|
C. Lim und C. Y. Wang, Electrochim. Acta 49, 4149 (2004) |
G. -G-Park, Y. -J. Sohn, T. -H. Yang, Y. -G. Yoon, W. -Y. Lee, C. -S. Kim, J. Power Sources, 131, 182 (2004) |
L. Cindrella, A. M. Kannan, J. F. Lin, K. Saminathan, Y. Ho, C. W. Lin, J. Wertz, J. Power Sources, 194, 146 (200) |
M. F. Mathias, J. Roth, J. Fleming und W. Lehnert, Handbook of Fuel Cells-Fundamentals, Technology and Applications, Band 3, Kapitel 42, John Wiley & Sons (2003) |
M. M. Saleh, T. Okajima, M. Hayase, F. Kitamura, T. Ohsaka, J. Power Sources, 167, 503 (2007) |
R. O Hayre, S. Cha, W. Colella, F. B. Prinz, Fuel Cell Fundamentals, Kapitel 1, John Wiley & Sons, New York (2006) |
S. Escribano, J. Blachot, J. Etheve, A. Morin, R. Mosdale, J. Power Sources, 156, 8 (2006) |
S. Park, J. -W. Lee, B. N. Popov, J. Power Sources, 177, 457 (2008) |
X. L. Wang, H. M. Zhang, J. L. Zhang, H. F. Xu, Z. Q. Tian, J. Chen, H. X. Zhong, Y. M. Liang und B. L. Yi, Electrochimica Acta, 51, 4909 (2006) |
X. L. Wang, H. M. Zhang, J. L. Zhang, H. F. Xu., Z. Q. Tian, J. Chen, H. X. Zhong, Y. M. Liang, B. L. Yi, Electrochim. Acta, 51, 4909 (2006) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014014832A1 (en) | 2014-10-07 | 2015-04-23 | Daimler Ag | Process for the surface modification of at least one porous component |
CN114843543A (en) * | 2022-06-01 | 2022-08-02 | 冠驰新能科技(南京)有限公司 | Super-hydrophobic condensed water surface, preparation method thereof, battery pole plate and fuel cell |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102760897A (en) | 2012-10-31 |
KR20120122375A (en) | 2012-11-07 |
US20150162623A1 (en) | 2015-06-11 |
US20120276335A1 (en) | 2012-11-01 |
JP2012234791A (en) | 2012-11-29 |
US10333155B2 (en) | 2019-06-25 |
KR101405721B1 (en) | 2014-06-13 |
CN102760897B (en) | 2016-12-21 |
JP6063112B2 (en) | 2017-01-18 |
US8945409B2 (en) | 2015-02-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102011081627A1 (en) | Porous medium with increased hydrophobicity and method for producing the same | |
DE102012220953A1 (en) | Membrane electrode assembly with enhanced hydrophobicity and manufacturing method therefor | |
DE112005002039B4 (en) | Method for producing a diffusion medium with a microporous layer, fuel cell, fuel cell stack and method for operating the same | |
DE69633379T2 (en) | Process for producing an electrode or a composite electrode electrode membrane and fuel cell electrode | |
DE102015207449A1 (en) | Cathode for a lithium-sulfur battery | |
DE102009010279A1 (en) | Low cost bipolar fuel cell plate and method of making the same | |
DE10297187T5 (en) | Electrode catalyst layer for use in a fuel cell | |
DE102006050090B4 (en) | An oxygen reduction gas diffusion cathode and method for conducting a sodium chloride electrolysis in an electrolytic cell | |
DE102014102418B4 (en) | Improved manufacturability of ePTFE laminated membranes | |
DE102020207671A1 (en) | Gas diffusion layer for a fuel cell and method for producing the same | |
DE102010002392A1 (en) | Gas diffusion layer for fuel cell applications | |
DE102009000433A1 (en) | Electrode for a polymer electrolyte membrane fuel cell, membrane-electrode assembly and method of making the same | |
DE102015015046A1 (en) | Membrane electrode assembly for a fuel cell, method for producing the membrane electrode assembly, fuel cell system and vehicle | |
WO2017114633A1 (en) | Method for producing a flow plate for a fuel cell | |
DE102019104561A9 (en) | Method for producing a composite layer, electrochemical unit and use of the composite layer | |
WO2008104322A2 (en) | Method for producing a catalyst layer | |
DE102011054574B4 (en) | Method for producing a fuel cell | |
DE102014102409B4 (en) | Method of simultaneously applying multiple fuel cell component coatings to a substrate and method of making a membrane electrode assembly | |
WO2020182433A1 (en) | Gas diffusion layer for a fuel cell, and fuel cell | |
DE102011006651A1 (en) | Fuel cell stack with improved freeze-thaw durability | |
DE102009057398A1 (en) | Process for coating a substrate with a metal oxide nanoparticles | |
DE102020212538A1 (en) | Electrolyte membrane for fuel cells containing a catalyst composite with improved oxygen permeability and method for making the same | |
DE10254732A1 (en) | Flexible membrane for fuel cells, e.g. for cars or domestic systems, comprises a porous composite support filled with polymer electrolyte, a porous substrate of glass or polymer fibres, and a porous ceramic coating | |
DE102018215464A1 (en) | Method for producing a gas diffusion layer for a fuel cell | |
DE102020204481A1 (en) | A catalyst complex for a fuel cell, a method for producing the catalyst complex, an electric membrane comprising the catalyst complex, and a method for producing the electrolyte membrane |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication |